CN202903361U - 管道液体温度的测量与数据传输装置 - Google Patents

Abstract

管道液体温度的测量与数据传输装置，是涉及温度检测装置结构的改进。本实用新型提供一种测量准确，传输、接收信号方便的管道液体温度的测量与数据传输装置。本实用新型包括温度传感器、从单元、主单元和无线MODEM，其结构要点温度传感器、从单元、主单元、无线MODEM依次相连；所述温度传感器用于采集管道内的温度信号并输入给从单元，从单元将输入的温度信号进行转换放大后输入给主单元，主单元收集各从单元输入的温度信号并通过无线MODEM进行无线传输。

Description

管道液体温度的测量与数据传输装置

技术领域

本实用新型是涉及温度检测装置结构的改进。

背景技术

随着现代科学技术的发展，物联网概念出现在人们生活的各个方面。信息收集与传输的自动化、低成本化、实时化越来越受到人们的重视。

温度在人们的生活中或一些工业现场显得至关重要，而对管道温度的准确测量、处理、收集、传输提出了越来越高的要求。管道中流动的液体的温度是实时变化的，有的甚至是有腐蚀性的。例如：液化石油管道、用户供暖管道、液态化学品输送管道、锅炉房出水和回水管道等，这些管道内的液体的温度的变化直接影响人们的生活或工业现场的安全。对管道内液体温度的监测和管控变的十分必要。

发明内容

本实用新型就是针对上述问题，提供一种测量准确，传输、接收信号方便的管道液体温度的测量与数据传输装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型包括温度传感器、从单元、主单元和无线MODEM，其结构要点温度传感器、从单元、主单元、无线MODEM依次相连；所述温度传感器用于采集管道内的温度信号并输入给从单元，从单元将输入的温度信号进行转换放大后输入给主单元，主单元收集各从单元输入的温度信号并通过无线MODEM进行无线传输。

作为一种优选方案，本实用新型所述温度传感器采用铂电阻温度传感器。

作为另一种优选方案，本实用新型所述从单元包括第一单片机、温度采集模块、第一485模块、第一存储器，第一单片机端口分别与温度采集模块端口、第一485模块端口、第一存储器端口相连，温度采集模块端口与温度传感器端口相连，第一485模块端口与主单元端口相连。

作为另一种优选方案，本实用新型所述主单元包括第二单片机、第二存储器、第二485模块，第二单片机端口分别与第二存储器端口、第二485模块端口、无线MODEM端口相连，第二485模块与所述第一485模块端口相连。

作为另一种优选方案，本实用新型所述温度采集模块包括基准电压源、滤波电路、温度转换电路和放大电路，滤波电路端口分别与基准电压源端口、温度转换电路端口、放大电路端口相连，温度转换电路端口分别与放大电路端口、温度传感器端口相连，放大电路输出端口与第一单片机端口相连。

作为另一种优选方案，本实用新型所述放大电路包括差分放大电路和三运放数据放大器，温度传感器、差分放大电路、三运放数据放大器、第一单片机依次相连。

其次，本实用新型所述第一单片机采用ST32F100R8单片机。

另外，本实用新型所述第二单片机采用LPC1764单片机。

本实用新型有益效果：

本实用新型温度传感器用于采集管道内的温度信号并输入给从单元，从单元将输入的温度信号进行转换放大后输入给主单元，实现了管道液体温度的精确测量。

本实用新型主单元收集各从单元输入的温度信号并通过无线MODEM进行无线传输，可将检测信号发送到管控中心电脑或管控人的手机，系统可以在GSM、CDMA等不同制式的模块间替换。上班时间，系统可将数据发送至办公区的PC机；下班时间，管控人员也可通过手机实时查询系统运行状态。另外，由于采用无线传输方式，施工布线、维修方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型电路原理框图。

图3是本实用新型温度采集模块电路原理框图。

图4是本实用新型温度转换电路电路原理图。

图5是本实用新型差分放大电路电路原理图。

图6是本实用新型三运放数据放大器电路原理图。

具体实施方式

如图所示，本实用新型包括温度传感器、从单元、主单元和无线MODEM，温度传感器、从单元、主单元、无线MODEM依次相连；所述温度传感器用于采集管道内的温度信号并输入给从单元，从单元将输入的温度信号进行转换放大后输入给主单元，主单元收集各从单元输入的温度信号并通过无线MODEM进行无线传输。每一个从单元负责测量一个管道的液体的温度信息。

所述温度传感器采用铂电阻温度传感器。金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化，并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特性支撑的传感器成为铂电阻温度传感器，铂电阻温度传感器精度高、稳定性好、测量温度范围广(-200℃～650℃)；它可以被制成各种标准温度计，包括国家和世界基准温度的计量和校准。将铂电阻封装在金属壳体内，通过螺纹可以固定在管道上，温度与管路液体一致性好，中间通过导线引出，供外围电路测量使用。

所述从单元包括第一单片机、温度采集模块、第一485模块、第一存储器，第一单片机端口分别与温度采集模块端口、第一485模块端口、第一存储器端口相连，温度采集模块端口与温度传感器端口相连，第一485模块端口与主单元端口相连。

所述主单元包括第二单片机、第二存储器、第二485模块，第二单片机端口分别与第二存储器端口、第二485模块端口、无线MODEM端口相连，第二485模块与所述第一485模块端口相连。通过第一单片机、第二单片机除可传输测量的温度数据外，还可以传输其它控制信息和监控信息，数据传输方向既可以上行传输(从单元到主单元)，也可以下行传输(主单元到从单元)。主单元可以通过MODEM定时发送整个现场的数据信息到管控中心或管控人的手机。管控中心或管控人的手机也可以随时向主单元发送查询指令，主单元收到指令后执行相应的操作。另外，为节约成本，同时保证数据的可靠传输，主单元和从单元之间采用工业现场三线制RS485通信方式进行通信。

所述温度采集模块包括基准电压源、滤波电路、温度转换电路和放大电路，滤波电路端口分别与基准电压源端口、温度转换电路端口、放大电路端口相连，温度转换电路端口分别与放大电路端口、温度传感器端口相连，放大电路输出端口与第一单片机端口相连。如图4所示，REF3V3为电压基准源输出的恒定的3.3V电压，当J2所接的PT100传感器的电阻值发生变化的时候，V_DIFP的电压发生变化，而V_DIFN处的电压恒定不变，将二者的差值送入放大电路的反相和同相输入端，放大后采集当时的电压值，转化为当时的温度值。铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃，当电流为1mA时，温升为0.05℃；当测试电流为5mA时，温升为2.2℃。

所述放大电路包括差分放大电路和三运放数据放大器，温度传感器、差分放大电路、三运放数据放大器、第一单片机依次相连。如图5所示，为了保证运放两个输入端对地的电阻平衡，同时为了避免降低共模抑制比，通常要求：R12＝R13，R14＝R15。在理想条件下，由于“虚断”，i₊＝i_-＝0，利用叠加定理可求得方向输入端的电位为：

$u_{-}=\frac{R_{12}}{R_{14}+R_{12}}{u}_{\mathrm{DIFN}}+\frac{R_{14}}{R_{14}+R_{12}}{u}_{\mathrm{AD}\_\mathrm{INPUT}}$

而同相入端的电位为：

$u_{+}=\frac{R_{13}}{R_{15}+R_{13}}{u}_{\mathrm{DIFP}}$

因为“虚短”，即u_-＝u₊，所以

$\frac{R_{12}}{R_{14}+R_{12}}{u}_{\mathrm{DIFN}}+\frac{R_{14}}{R_{14}+R_{12}}{u}_{\mathrm{AD}\_\mathrm{INPUT}}=\frac{R_{13}}{R_{15}+R_{13}}{u}_{\mathrm{DIFP}}$

当满足条件R14＝R15，R12＝R13时，差分比例运算电路的电压放大倍数为：

$A_{\mathrm{uf}}=\frac{u_{\mathrm{AD}\_\mathrm{INPUT}}}{u_{\mathrm{DIFN}}-u_{\mathrm{DIFP}}}=-\frac{R_{12}}{R_{14}}$

如图6所示，是由三个集成运放组成的数据放大器，其中每个集成运放都接成比例运算电路的形式。电路包含两个放大级，A₁，A₂组成第一级，二者均接成同相输入方式，因此输入电阻很高。由于电路结构对称，它们的漂移和失调都有相互抵消的作用。A₃组成差分放大级，将差分输入转换为单短输出。

$A_u=\frac{u_O}{u_I}=\frac{u_O}{u_{O1}-u_{O2}}*\frac{u_{O1}-u_{O2}}{u_I}=-\frac{R6}{R4}(1+\frac{2*R2}{R1})$

其中：R2＝R3，R4＝R5，R6＝R7。

所述第一单片机采用ST32F100R8单片机。其拥有64K的flash，2个串口，12位A\D转换模块。

所述第二单片机采用LPC1764单片机。其拥有4个串口，12位A\D转换模块。以温度测量范围在-20℃～80℃内举例，温度变化步进为80-(-20)/4096＝0.025℃或100/65536＝0.0015℃。

如图3所示，对于实时采集系统，为了消除传感器通道中的干扰信号，在硬件措施上，采取加基准稳压源及阻容滤波。同样，对于采集的温度数据，运用CPU的运算，也可以实现频率滤波。采用了算术平均值法和比较取舍法。其中算术平均值法可以减少系统随机干扰对数据采集结果的影响。在比较取舍法中，采样结果的个别数据存在偏差时可以有效的剔除。

本实用新型主单元和从单元上均可支持数据存储，由于转换电路中电阻的误差，所采集数值与实际温度值存在一定的误差。为消除误差，只要用户通过本地通讯口输入误差值，系统软件即可自动校准误差值，大大提高了测量数据的准确性。管控人员也可通过无线MODEM模块或手机向主单元发送指令信息，主单元CPU解析指令后可将信息下发至从单元，从而实现系统的远程操作。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.管道液体温度的测量与数据传输装置，包括温度传感器、从单元、主单元和无线MODEM，其特征在于温度传感器、从单元、主单元、无线MODEM依次相连；所述温度传感器用于采集管道内的温度信号并输入给从单元，从单元将输入的温度信号进行转换放大后输入给主单元，主单元收集各从单元输入的温度信号并通过无线MODEM进行无线传输。

2.根据权利要求1所述管道液体温度的测量与数据传输装置，其特征在于所述温度传感器采用铂电阻温度传感器。

3.根据权利要求1所述管道液体温度的测量与数据传输装置，其特征在于所述从单元包括第一单片机、温度采集模块、第一485模块、第一存储器，第一单片机端口分别与温度采集模块端口、第一485模块端口、第一存储器端口相连，温度采集模块端口与温度传感器端口相连，第一485模块端口与主单元端口相连。

4.根据权利要求3所述管道液体温度的测量与数据传输装置，其特征在于所述主单元包括第二单片机、第二存储器、第二485模块，第二单片机端口分别与第二存储器端口、第二485模块端口、无线MODEM端口相连，第二485模块与所述第一485模块端口相连。

5.根据权利要求3所述管道液体温度的测量与数据传输装置，其特征在于所述温度采集模块包括基准电压源、滤波电路、温度转换电路和放大电路，滤波电路端口分别与基准电压源端口、温度转换电路端口、放大电路端口相连，温度转换电路端口分别与放大电路端口、温度传感器端口相连，放大电路输出端口与第一单片机端口相连。

6.根据权利要求5所述管道液体温度的测量与数据传输装置，其特征在于所述放大电路包括差分放大电路和三运放数据放大器，温度传感器、差分放大电路、三运放数据放大器、第一单片机依次相连。

7.根据权利要求3所述管道液体温度的测量与数据传输装置，其特征在于所述第一单片机采用ST32F100R8单片机。

8.根据权利要求4所述管道液体温度的测量与数据传输装置，其特征在于所述第二单片机采用LPC1764单片机。

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